沿海区域综合能源生产单元随机优化调度

为实现沿海区域的海上风电场、海上采气平台和陆上热电联供燃气电厂等多种能源生产子单元的协同化运行,考虑可再生能源出力和氢负荷的随机波动,提出沿海区域综合能源生产单元(coastal integrated energy production units,CIEPU)随机优化调度模型。采用参数化代价函数近似(parametric cost function approximation,PCFA)的动态规划算法求解随机优化调度模型。通过一种基于梯度下降的求解方法--Adadelta法,获得策略函数的一阶信息,并计算梯度平方的指数衰减平均值,以更新策略函数的迭代步长;对随机优化调度模型进行策略参数逼近,从而得到近似最优的策略参数,并逐一时段求解出CIEPU的最优调度计划。最后,以某个CIEPU为例,分析计算结果表明,所提出方法获得的优化调度方案可以提高CIEPU运行的经济性并降低碳排放量,验证了所提方法的准确性和高效性。

分布式能源动态聚合于虚拟电厂的演化博弈决策方法和机理分析

在市场环境下,计及市场有限信息及动态环境影响的分布式能源与虚拟电厂的双边动态聚合,能够提高参与人的积极性并有效保障聚合结果的稳定性,具有实际意义。基于此背景,计及市场环境下分布式能源与虚拟电厂的双层博弈关系,该文首先提出了多分布式能源及多虚拟电厂背景下的虚拟电厂聚合及运营机制。然后,基于势博弈理论构建了计及多种分布式能源的虚拟电厂调度模型,在确保虚拟电厂内部成员调度博弈均衡存在的同时用于支撑聚合决策的演化分析。进而,基于演化博弈理论,构建了分布式能源动态聚合于虚拟电厂的决策演化模型,实现对市场动态聚合结果的预测。最后,通过算例仿真及方法对比,验证了该文所提模型的可行性、普适性及所得聚合结果的市场均衡性。

基于信息物理融合的微能源网统一调控架构及优化运行

在微能源网中,多类型能源单元从启动、运行到停止多种状态的组合,构成了微能源网的不同运行状态集。为实现微能源网全运行阶段状态的精准调控,提出了一种基于信息物理融合的微能源网统一调控架构,分为对象层、融合层和优化层。其中,对象层采用特征向量的形式统一描述微能源网中能量流、信息流以及资金流的特征。融合层对微能源网内能源单元的运行状态及运行状态转换的各个阶段下能量流、信息流和资金流的交互影响进行描述。优化层基于系统不同的优化目标,确定系统的全局优化运行策略。基于所建立的架构开展微能源网优化运行研究。算例结果表明,相较于传统的建模与调控方法,信息物理融合的3层建模与调控架构实现了对微能源网全运行阶段下各类能源单元状态变化轨迹的优化调控。

基于混合自动机的综合能源系统状态转移空间建模

目前对于综合能源系统的建模,更多从系统输入-输出关系、内部状态与输入输出的关系进行描述,其内部状态在不同阶段的转移过程难以清晰表达。在分布式可再生能源占比大幅度提升后,综合能源系统在不同阶段的运行状态及状态转移过程需要可观可控。为此,提出了基于混合自动机的综合能源系统分阶段状态转移空间建模方法,对综合能源系统内部状态的分阶段转移条件及其转移过程进行精准描述,有利于对综合能源系统内部所有能源生产单元和能源消费单元从启动、运行到停止的全过程进行分阶段管理与优化控制。仿真算例表明,所提模型对综合能源系统分阶段的状态转移轨迹实现了全过程观测,有利于实现全过程分阶段的高效管理与优化控制。

智能电网与能源网融合的模式及其发展前景

互联网技术与新能源技术将推动新一轮能源革命,智能电网与能源网的融合在"互联网+"的推动下催生了新一代绿色高效的能源利用体系。文中提出了智能电网与能源网可能发展的3种不同的融合模式:智能电网2.0、互联能源网和互联网+能源网,阐述了不同融合模式的形态特征,分析了不同融合模式的形成约束条件与应用场景。最后指出,不同的融合模式是智能电网与能源网融合在不同时间阶段或不同地区发展的主要代表性形态,分布格局存在时空差异性,并受到相关支撑技术发展、不同地域环境资源的差异、宏观政策导向等因素制约。

计及需求价格弹性的区域能源中心建模与日前优化调度

能源市场管制放松的背景下,将能源价格作为一种可控资源,有望进一步推进区域能源中心(DEC)内电、气、冷/热等多种能源的优化运行。文中以能量枢纽为基础模型,提出了DEC功率平衡方程的通用线性化建模方法;同时,计及能源需求的价格弹性,对其进行分段线性化建模,并引入0-1变量及线性约束将分段线性函数的描述统一化。进一步,以DEC净收益最大化为目标,计及能源价格可控性,建立了DEC日前优化调度的混合整数二次规划模型,通过GAMS调用CPLEX进行求解。最后,以微网型DEC为例,验证了所提建模方法的有效性,分析了能源价格是否参与调控、不同价格弹性及新能源预测误差对调度结果的影响。结果表明,充分利用负荷的价格弹性,在最大化DEC净收益之余,有利于减小负荷方差和峰谷差,深度挖掘DEC的优化潜力。

基于弱鲁棒优化的微能源网调度方法

微能源网中的新能源和负荷存在不确定性,给系统安全运行带来挑战。鲁棒优化常用于处理不确定性问题,能够保证微能源网的安全性,但具有保守性强的缺点。而弱鲁棒优化能够有效改善传统鲁棒优化的保守度。文中对典型的微能源网进行数学建模,并构建了基于弱鲁棒优化的微能源网调度模型。模型计及可再生能源出力和负荷的不确定性,在能源供求关系中引入表征能源功率缺额的松弛变量,以微能源网的综合利润与惩罚项之差最大为目标,并通过对等式转化理论将不确定性约束转化为确定性约束,使其可通过常规优化方法进行求解。最后通过仿真算例进行验算,结果表明所提模型不仅可以改善调度保守性,提高调度经济性,而且可以适应不同决策者的调度要求。

海上风电场交流集电和多端柔直输电并网系统多目标优化规划

集电和输电并网系统的优化规划对海上风电场(offshore wind farm,OWF)的投资经济性和运行可靠性有着重要影响。对于OWF中交流集电和多端柔直输电的并网方式,建立了拓扑与潮流耦合的兼顾经济性和可靠性的多目标优化规划模型。模型中利用拓扑冗余度直接近似计算风机停运损失电量,并考虑了新型双边环形的交流集电系统拓扑结构和基于连通性约束的多端柔直输电系统拓扑结构,实现了对集电和输电系统拓扑连接,交流和直流海底电缆类型,海上升压换流站数量、容量、位置,和连接到海上升压换流站馈线数量的协调优化规划。并且,提出了一种直接求解多目标优化问题折中最优解的方法,通过凸化处理将原混合整数非线性规划模型转化为混合整数凸二次规划模型,以高效求解获得最优规划方案。最后,对2个分别含36台和78台风机的实际OWF算例进行分析,验证了所提出模型和方法的正确有效性。

广义价格型需求侧响应下区域能源中心日前最优经济调度

区域能源中心(districtenergycentre,DEC)是多能流耦合的枢纽,主要实现多能流在区域级的优化传输和分配。随着能源市场管制的放松,以能源价格为调节手段引导需求侧进行互动响应有利于提升DEC的优化潜力。该文首先基于能量枢纽模型,建立DEC的稳态能量流方程,探究功率平衡视角下的需求响应机理。考虑到价格调控下能源需求在时间上和类型上可相互转移,引入广义价格型需求侧响应(price based generalized demand response,P-GDR)的概念。同时,基于价格弹性及离散选择模型对P-GDR下能源需求的时空转移特性进行建模。并在此基础上建立DEC日前最优经济调度的混合整数非线性规划模型,通过广义Benders理论对其进行解耦求解。算例结果表明,考虑P-GDR有利于减少能源负荷峰谷差,并提高新能源消纳能力。此外,P-GDR下考虑能源负荷的可替代性更加符合用户行为实际,降低用户的能源购置成本。

220/20kV电压序列的技术经济性分析

建立了220/20 kV序列的电网模型,推导了变电站投资、网损费用及电网投资年费用关系式。引入精神磨损理论分析旧序列电网的隐形价值流失,通过比较新、旧电网年费用可制定合理的电网改造投资决策。分析了新建区域和旧网改造情况下220/110/10、220/110/20、220/20 kV 3个电压序列的技术经济性,建议新建区域考虑采用220/20 kV电压序列供电,投运时间超过15 a且负荷密度大于33 MW/km2时,将原电网220/110/10 kV电压序列改造为220/20 kV电压序列能取得良好的经济效益。

基于博弈均衡多学科协同理论的城市综合能源系统优化与评估

随着新能源不断接入,城市综合能源系统呈现高耦合、高自由度特性。利用不同形式能源间的相互转化关系,可实现多能流协同调整并提高能源利用效率。以总运行成本最小为系统目标函数,综合考虑以电网为枢纽平台的城市综合能源系统网络构架和运行方式,建立了分布式能源单元、冷热电三联供系统、天然气网、城市配电网联合优化运行模型。以多能流控制自由度作为城市综合能源系统多能流灵活性评估指标,采用博弈均衡多学科协同优化理论设立不同考虑角度下的并行子学科对模型进行求解。该方法在多学科协同理论的基础上实现对一致性约束和子学科目标改进,克服了多学科协同优化理论收敛慢、局部最优的问题。通过4节点分布式能源单元、6节点冷热电三联供系统接入33节点城市片区配电网并耦合7节点天然气系统的算例验证了所提模型和算法的可行性与有效性。

基于海上风力发电机组中虚拟飞轮储能系统的频率支撑协调控制策略

针对海上风力发电场并入电网导致电网等效惯量下降问题,提出基于海上风力发电机组(OWTs)中虚拟飞轮储能系统(VFESS)的频率支撑协调控制策略,并利用遗传算法优化VFESS吸收和释放功率的曲线。首先,OWTs采用宽转速运行控制方法形成VFESS,通过释放和吸收能量来短时支撑电网频率;然后,考虑负荷扰动、VFESS存储容量、同步发电机组一次调频时间等条件后,利用遗传算法优化VFESS释放和吸收能量的功率曲线,以实现电力系统频率跌落幅度最小、频率变化率最小的目标。最后,算例分析表明采用该方法的OWTs能提供短时频率支撑,减小电力系统低频减载装置动作次数。

多元化绿色交易体系下直流微电网优化配置方法

随着可再生能源政策的变革,健全多元化绿色交易体系以代替财政补贴是发展的趋势。以直流微电网为研究对象,提出多元化绿色交易体系下的优化配置方法。首先分析了中国多元化绿色交易体系现状,提出了直流微电网参与绿色交易市场的3种模式,结合政策规则和市场供需关系分析市场价格机理并建立了单一市场收益模型。其次,为灵活响应负荷供电和可再生能源消纳需求,提出了一种综合能量调度策略,并以系统等年收益最大为目标,采用K-means聚类和改进粒子群算法求解系统经济优化配置模型。最后,分析绿色交易体系和能量调度策略对配置结果的影响,并与HOMER仿真结果进行比较,算例结果验证了所提方法的有效性。

计及多评价指标的园区能源互联网双层优化配置

在坚持走能源可持续发展道路的背景下,园区能源互联网成为能源领域重要的发展趋势。搭建了园区能源互联网的典型架构,并对能源设备进行建模;提出了综合能源自给率、综合能源利用率和能量缺额期望的评价指标;进一步,计及上述评价指标,构建了园区能源互联网双层优化配置模型。所述模型考虑了能源设备N-1故障的能量缺额惩罚成本,以及综合能源自给率、综合能源利用率、能量缺额期望的约束,并以结合灾变遗传算法和CPLEX求解器的混合算法进行求解。最后通过典型住宅区进行验证,结果表明所述方法能够兼顾系统的经济性、能源可持续性、高效性和可靠性。

基于知识迁移Q学习算法的多能源系统联合优化调度

随着能源互联网的提出,传统的单一能源优化利用模式正在发生变革,多种能源网络协调优化模式展现出广阔的发展前景。在此背景下,首先以能源中心建模方法建立了多能源系统的联合优化调度框架,在此基础上构建了计及含阀点效应供能成本和碳排放目标的典型多能源系统联合优化调度模型。其次,对于此不连续可微、非凸的非线性问题,以知识迁移Q学习算法和内点法构成级联式算法进行求解,即上层Q学习以机组有功功率作为动作变量,下层以内点法求解机组有功功率确定后的多能源系统优化模型,并通过知识迁移提高求解效率。最后,以33能源中心测试系统为算例的仿真分析,验证了所提模型及算法的有效性。

考虑微电网运行域的配电网分布式能源规划

随着分布式能源(DER)和微电网(MG)的大规模发展,在配电网静态安全约束下MG运行范围与DER渗透率之间相互制约,而现有DER规划模型未计及MG原有的运行范围,所得配置方案将可能局限MG运行空间,使得MG控制难度和配电网运行风险大大提高。为解决该问题,开展了含MG配电网DER选址定容问题的研究,重点研究了MG运行域、需求响应(DR)和储能运行策略对于DER规划的影响。为减少DER接入对MG运行的影响,引入MG运行域模型定量刻画MG运行边界,并采用区间算术将其转化为规划模型的约束条件。建立DR模型时,提出用户可中断负荷概率矩阵表征DR的不确定性。在此基础上,建立了综合考虑配电网运营商与DER投资商利益的含MG配电网DER规划模型,并采用改进粒子群算法进行求解。算例结果表明,所得DER规划方案在保证MG运行域不受影响下实现经济性最优,验证了所提模型的合理性和有效性。

考虑能量-辅助服务下的园区综合能源系统多时间尺度优化模型

在“双碳”目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统必将推动用户侧参与能量的实时平衡调控。在具有冷、热、电、气多能运行的综合能源系统中,通过结合多种可调资源的辅助调节,协调内部运行策略以支撑和响应电力系统的实时平衡,可促进园区的经济用能及地区新能源消纳。为此,以综合能源系统为视角,提出考虑能量-辅助服务市场环境下的多时间尺度优化模型,通过向电网提供调峰调频等辅助服务以优化园区的用能成本,通过等价线性化的方法求解非线性规划问题。仿真算例分析表明:在所提优化模型下,园区以多能协调互补实现经济用能的同时,通过参与调峰、调频辅助服务有效促进地区新能源消纳及实时平衡。

基于演化博弈随机优化的市场主体可再生能源消纳责任权重分配方法研究

[目的]针对可再生能源消纳责任权重在市场主体上的分配问题,提出了一种基于演化博弈和随机优化的分配方法。[方法]首先,将各市场主体作为有限理性个体参与弱联系演化博弈中,得到演化平衡时使自己成本最小的消纳权重承担方案,进而得出在政府采取不同奖惩措施的概率区间下各市场主体的选择策略倾向。然后,在得到政府采取不同奖惩措施的概率区间后,通过一个随机优化模型,得到各个主体在各个概率区间内能使自己成本最小的消纳权重承担的具体方案。[结果]将提出的方法在某省电网的170家市场主体数据中进行测算,验证了该方法的有效性和实用性。[结论]在可再生能源消纳责任权重分配方法上提供了全新的方法和思路,为政府加强市场主体对可再生能源消纳的积极性提出了可行性建议。

基于多模式柔性互联的交直流低压配电网优化调度

利用柔性互联装置对配电网进行改造,可实现源-网-荷-储柔性高效互动,解决分布式电源大量接入带来的负载不均衡和电能质量问题。针对低压台区柔性互联,提出了基于多模式柔性互联的交直流低压配电网优化调度模型。首先,考虑背靠背和交直流混联的低压柔性互联装置组网方式,建立柔性互联装置和光-储-充-荷元件的低压模型。然后,基于低压模型,以多层级负载不均衡度、网损、运营成本为优化目标,提出了基于多模式柔性互联的交直流低压配电网优化调度模型,并采用凸优化理论对模型进行凸化和线性化,调用Gurobi求解器得到模型的全局最优解。最后,通过交直流混合低压配电网算例验证了所提模型和求解算法的有效性。

考虑频率二次跌落的风电机组频率响应控制策略

风电参与频率响应是保障高风电渗透率电力系统频率稳定性的重要方案,但风电机组的转速恢复过程可能会导致系统出现频率二次跌落(FSD)。在分析风电机组利用转子动能参与频率响应过程、FSD产生机理以及影响FSD大小主要因素的基础上,考虑风电渗透率,提出一种风电机组频率响应控制策略以减小FSD。该策略基于综合惯量控制,对风电机组的频率支撑过程和转子转速恢复过程的有功功率参考值进行分阶段设计,动态调整风电机组的输出功率来减小FSD。最后,仿真结果验证了所提策略可以在不同风电渗透率电力系统中大幅减小FSD,改善电力系统的频率响应特性。